Arduino based Full-Bridge Converter Topology with Switching Mode Power supply

โครงงานนี้เป็นวงจรฟูลบริดจ์คอนเวอร์เตอร์ (Full-Bridge Converter Topology) สำหรับสวิตชิ่งโหมดเพาเวอร์ซัพพลายอีกวงจรหนึ่งและใช้ตัวควบคุมด้วยบอร์ด Arduino UNO ซึ่งก่อนหน้านี้จะมีวงจรฟูลบริดจ์คอนเวอร์เตอร์เช่นกัน แต่จะใช้ตัวควบคุมแบบอะนาลอกเบอร์ TL494 (คลิก อ่านเนื้อหา TL494) และวงจรฟูลบริดจ์คอนเวอร์เตอร์แบบเฟสชิฟคอนเวอร์เตอร์ (คลิก อ่านเนื้อหาเฟสชิฟฟูลบริดจ์) โดยตัววงจรภาคกำลังของโครงงานครั้งนี้ จะใช้วงจรในโครงงาน Simple Full-Bridge Converter Switching Mode Power Supply with TL494CN และปรับแต่งบางส่วนเพื่อให้สามารถทำงานร่วมกับบอร์ดควบคุม Arduino UNO ได้

Arduino based Full-Bridge Converter Topology with Switching Mode Power supply — รูปที่ 1 การส่งสัญญาณระหว่างบอร์ด Arduino UNO และวงจรฟูลบริดจ์คอนเวอร์เตอร์ด้วยออปโต้คัปเปิ้ล

ในรูปที่ 1 และรูปที่ 2 เป็นการเชื่อมต่อระหว่างบอร์ดควบคุม Arduino UNO และวงจรฟูลบริดจ์คอนเวอร์เตอร์เดิม เพื่อให้สามารถทำงานร่วมกันได้ ซึ่งในการเชื่อมต่อจะใช้การรับและส่งสัญญาณผ่านออปโต้คัปเปิ้ลเป็นหลักสำหรับแยกกันทางไฟฟ้า (Isolation) ระหว่างแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าแรงดันสูงทางด้านอินพุตและส่วนของการจ่ายกำลังไฟฟ้าทางด้านเอาต์พุต

รูปที่ 3 แสดงลักษณะของการทดลองเบื้อต้นก่อน โดยการวัดสัญญาณพัลซ์วิดมอดูเลตชั่นจากบอร์ดควบคุม Arduino UNO, สัญญาณขับเพาเวอร์มอสเฟตจากไอซี IR2110, การทดสอบส่งแรงดันป้อนกลับ (Voltage Feed Back : VFB) และการส่งสัญญาณกระแสเกิน (Current Limit Signal) ของวงจรคอนเวอร์เตอร์มายังบอร์ดควบคุม

/*
   Pseudo Code for Arduino UNO
   Application : Full-Bridge Converter Topology Switching Mode Power Supply.  
     Vi : 150VDC
     Vo : 24VDC    
     Io : 5A (Continuous)        
     Fs : 31.372kHz        
   Design by : www.electronicsDNA.com
   Date : 18/9/2023 (V.0)
*/

int Output_PWM = 0;   
int Voutput = 0;   
int Setpoint = 260;    // 260 = 25V @ Voltage output  

void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode (3, OUTPUT);    //  PWM Signal Lo Side
pinMode (11, OUTPUT);  //  PWM Signal Hi Side
pinMode (2, INPUT);       //  PIN 2 Current Limit Signal
pinMode (13, OUTPUT);  //  LED Signal OK RUN System

TCCR2A=0b10110001;   // Generate inverted PWM signals in output 
TCCR2B=0b00000001;   // Set Fsw = 31kHz

OCR2A = Output_PWM;        // PIN D11 
OCR2B = 255-Output_PWM;    // PIN D3  

digitalWrite(13, HIGH); 
delay(1000);
digitalWrite(13, LOW);
  
}
void loop()
{

MainLoop:
 
     Voutput = analogRead(A1);    // Read ADC A1 for Voutput  

 // Loop Output Short circuit and Current Limit

   if(digitalRead(2) == LOW) {   
       Output_PWM = 0;
       OCR2A = Output_PWM;          // PIN D11 
       OCR2B = 255-Output_PWM;      // PIN D3 
       delay(300); 
       goto  MainLoop;           
   }
   
       if (Setpoint>Voutput){Output_PWM = Output_PWM+2; goto  OUT_PUT;} 
       if (Setpoint<Voutput){Output_PWM = Output_PWM-2; goto  OUT_PUT;}        
      
OUT_PUT:    

       if (Output_PWM<20){Output_PWM=20;}    // Limit Min PWM Signal  
       if (Output_PWM>120){Output_PWM=120;}  // Limit Max PWM Signal 

           OCR2A = Output_PWM;        // PIN D11 
           OCR2B = 255-Output_PWM;    // PIN D3   
           delay(5);             
       }

ในรูปที่ 4 และรูปที่ 5 เป็นค่าแรงดันอินพุตที่ใช้ในการทดลองประมาณ 150V และกำหนดแรงดันเอาต์พุตที่ 25V ในการกำหนดค่าแรงดันอินพุตและเอาต์พุตยังสามารถปรับเปลี่ยนได้อีกเล็กน้อย โดยไม่ต้องแก้ไขจำนวนรอบของขดลวดในตัวหม้อแปลงสวิตชิ่งแต่อย่างใด

สำหรับรูปที่ 6 และรูปที่ 7 ในการทดลองจะใช้แคล้มมิเตอร์สำหรับวัดกระแสทางด้านเอาต์พุตและใช้ตัวต้านทานค่าคงที่ขนาด 10 โอห์ม 20 วัตต์ 2 ตัวเป็นโหลดในการทดสอบ รวมทั้งใช้ดิจิตอลออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณขับที่ขาเกต (Driver signal) เพื่อสังเกตการทำงานของวงจรฟูลบริดจ์คอนเวอร์เตอร์

ในรูปที่ 8 ถึงรูปที่ 10 เป็นการทดลองที่ 1 ด้วยการให้วงจรฟูลบริดจ์คอนเวอร์เตอร์จ่ายกระแสโหลดที่ 2.47A จากนั้นวัดค่าแรงดันเอาต์พุตเพื่อสังเกตการเปลี่ยนแปลง (Load Regulation) และการตอบสัญญาณขับเกต (Driver signal) พัลซ์วิดธ์มอดูเลตที่เกิดขึ้น

รูปที่ 11 ถึงรูปที่ 13 เป็นการทดลองที่ 2 โดยจะให้วงจรจ่ายกระแสโหลดเพิ่มขึ้นที่ 4.85A วัดค่าแรงดันเอาต์พุตเพื่อสังเกตการเปลี่ยนแปลง (Load Regulation) รวมทั้งการตอบสัญญาณขับเกตพัลซ์วิดธ์มอดูเลตอีกครั้ง ซึ่งจากการทดลองทั้ง 2 ครั้งจะเห็นว่าบอร์ดควบคุม Arduino UNO สามารถควบคุมการทำงานของวงจรฟูลบริดจ์คอนเวอร์เตอร์ได้เป็นที่น่าพอใจ

สำหรับโครงงานวงจรสวิตชิ่งโหมดเพาเวอร์ซัพพลายแบบฟูลบริดจ์คอนเวอร์เตอร์ โดยใช้บอร์ดควบคุม Arduino UNO จะเป็นการทดลองวงจรอีกรูปแบบหนึ่งสำหรับฟูลบริดจ์คอนเวอร์เตอร์ซึ่งวงจรขนาดเล็ก และเขียนโปรแกรมควบคุมการทำงานไม่มากนัก ทั้งนี้เป็นแนวทางสำหรับนำไปปรับปรุงหรือพัฒนาวงจรสวิตชิ่งโหมดแบบฟูลบริดจ์คอนเวอร์เตอร์ต่อไป

Reference

Post Views: 1,573

Published by nattapon